十字凸台板零件数控铣削加工工艺设计与编程仿真

1十字凸台板零件数控铣削加工工艺设计与编程摘要随着数控技术的发展，数控技术给传统制造业带来了革命性的变化，制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。随着科技的发展，数控技术也在不断的发展更新，现在数控技术也称计算机数控技术，加工软件的更新快，CAD/CAM 的应用是一项实践性很强的技术。如像 UG , PRO/E , Master CAM ,CAXA 制造工程师等。数控技术是技术性极强的工作，尤其在机械加工领域应用最为广泛，所以这要求从业人员具有很高的机械加工工艺知识，数控编程知识和数控操作技能。本文主要通过对零件的数控工艺分析与加工，综合所学的专业知识，全面考虑可能影响铣削的因素，设计其加工工艺和编辑程序，完成要求。关键词: 铣削、CAD/CAM、UG、数控加工2AbstractWith the development of numerical control technology, numerical control technology for the traditional manufacturing industry has brought the revolutionary change, manufacturing has become the symbol of industrialization,and with the development of technology and application domain expansion. It is important to some of the development of industry that plays a more and more important role. With the development of science and technology, numerical control technology is in the development of updates. Now, numerical control technology are called computer numerical control technology. The application of CAD/CAM is a practical technique, like UG, PRO/E, Master CAM, CAXA manufacturing engineers, etc.Numerical control technology is highly technical work, especially in the mold domain. Practitioners requires high machining technology knowledge, CNC programming knowledge and skills.This text based on the analysis of nc craft and machining, comprehensive knowledge of professional knowledge, comprehensive consideration the influence factors of milling process, design the craft and editing program, complete requirements.3Keywords: milling, CAD/CAM, UG, nc machining4目 录摘要 .2Abstract.31 工艺性分析 .41.1 零件介绍 .41.2 零件加工工艺性分析 .52 毛坯与工艺装配的选择 .62.1 毛胚的选择 .62.2 工序的划分和加工工艺路线的确定 .72.2.1 加工方法的选择 .73.2.2 工序的划分 .82.3 选择并确定工艺装备 .102.3.1 数控机床的选择 .102.3.2 夹具的选择 .102.3.3 量具的使用表 .123 工艺参数选择 .133.1 切削用量的选择原则 .133.2 切削用量的选择 .133.3 机床实际参数 .144 加工工艺文件制定 .164.1 刀具卡 .164.2 机械加工工艺过程卡 .174.3 机械加工工序卡 .185 加工程序编制 .235.1 数控编程的分类 .235.2 数控编程 .236.3 后处理 .25总结 .27致谢 .28参考文献 .2951 工艺性分析1.1 零件介绍以下图 1.1 为零件的二维图纸,若图纸不清楚详见附件零件图图 1.1 零件二维图图 1.2 零件三维图61.2 零件加工工艺性分析该零件材料为 45 钢。本工件的最大外形尺寸为10010020mm。由图可知，主要加工面集中在上表面。该零件形状结构一般，主要有上表面轮廓包括两个 12 通孔、35H8 的通孔以及一个十字凸台组成。拟将下表面作为主要定位基准，并在前道工序中加工出来，后用下表面作为基准，加工上表面。72 毛坯与工艺装配的选择2.1 毛胚的选择2.1.1 确定毛坯的类型毛坯的金属成形工艺类型多样，且每一种毛坯有多种不同的制造方法。常用的毛坯主要有：（1）铸件 铸件常用于形状较复杂的毛坯；（2）锻件 锻件常用于强度要求高、形状较简单的毛坯；（3）型材 型材主要有板材、棒材、线材等。常用截面形状有圆形、方形、六角形和特殊截面形状。就其制造方法，又可分为热轧和冷拉两大类。（4）焊接件 焊接件是将型材或板料焊接成所需毛坯，简单方便生产周期短。但需经时效处理消除应力才能进行机械加工；（5）其它毛坯 选择毛坯时应全面考虑下列因素：（1）零件结构形状及尺寸；（2）零件材料及力学性能要求；（3）现有生产条件及能力；（4）生产纲领大小；（5）充分考虑利用新工艺、材料、技术的性能。8根据该零件的图纸要求，由于零件并不是很长，形状为方形，因此可以直接采用型材毛坯（板材） ，能符合零件图纸的要求。2.1.2 确定毛坯的余量毛坯的形状和尺寸主要由零件组成表面的形状、结构、尺寸及加工余量等因素确定的，并尽量与零件相接近，以达到减少机械加工的劳动量，力求达到少或无切削加工。但是，由于现有毛坯制造技术及成本的限制，以及产品零件的加工精度和表面质量要求愈来愈来高，所以，毛坯的某些表面仍需留有一定的加工余量，以便通过机械加工达到零件的技术要求。零件的最大厚度为 20mm，长度为 100m，宽度为 100mm，因此可以给毛坯的长度单边留 2.5mm 余量，宽度单边各留 2.5mm 余量，厚度单边各留 2.5mm。毛坯尺寸为 105X105X25mm 以达到减少机械加工的劳动量的目的，减少加工成本。2.2 工序的划分和加工工艺路线的确定2.2.1 加工方法的选择1.平面加工的方法 在数控铣床上，加工平面主要采用面铣刀与立铣刀。粗铣的尺寸精度和表面粗糙度一般可达 IT11 IT13,Ra6.325mm;精度的尺寸精度和表面粗糙度一般可达 IT8IT10,Ra1.66.3mm。需要注意的9是：当零件表面粗糙度要求较高时，应采用顺铣。 2.平面轮廓的加工方法 平面轮廓零件的表面多由直线和圆弧或各种曲线构成，通常采用三坐标数控铣床进行两轴半坐标加工。 3.孔的加工方法 孔的精度要求较高，属于安排钻-铰孔的加工方法。零件上表面用平面加工的方法，因其表面粗糙度值为 3.2um，故采用粗铣，精铣的加工方案。内腔和外轮廓的粗糙度要求与上表面相同加工方案与上表面相同采用平面轮廓的加工方法。3.2.2 工序的划分工序划分主要考虑生产纲领、所用设备及零件本身的结构和技术要求等。大批量生产时，若使用多轴、多刀的高效加工，可按工序集中原则组织生产；若在由组合机床组成的自动线上加工，工序一般按分散原则划分。随着现代数控技术的发展。特别是加工中心的应用，工艺路线的安排更多地趋向于工序集中。单件小批量生产时，通常采用工序集中原则。成批生产时，可按工序集中原则划分，也可按工序分散原则划分，应视具体情况而定。对于结构尺寸和重量都很大的重型零件应采用工序集中原则，以减少装夹次数和运输量。对于刚性差、精度高的零件，应按工序分散原则划分工序。在数控机床上加工零件，一般应按工序集中的原则划分工序，10在一次安装下尽可能完成大部分甚至全部表面的加 1 二。根据零件的结构形状同，通常选择外圆、端面或内孔、端面装夹，并力求设计基准、工艺基准和编程原点的统一。在批量生产中，常用下列两种方法划分工序。1、按零件加工表面划分。将位置精度要求较高的表面安排在一次安装下完成，以免多次安装所产生的安装误差影响位置精度。2、按粗精加工划分。对毛坯余量较大和加工精度要求较高的零件，应将粗精工和精加工分开，划分成两道或更多的工序。将粗加工安排在精度较低、功率较大的数控设备上，将精加工安排在精度较高的数控设备上。零件的加工工序安排如下工序 1：下料工序 2：铣六面，至尺寸 100X100X20mm工序 3：面上的孔钻中心孔工序 4：用 11.8 的麻花钻钻孔工序 5：用 12 的铰刀铰孔工序 6：粗加工凸台和通孔留有精加工余量工序 7：精加工凸台和通孔至图纸尺寸要求工序 8：去毛刺11工序 9：终检2.3 选择并确定工艺装备2.3.1 数控机床的选择一般来说，上述这些加工内容采用数控加工后，在产品质量、生产效率与综合效益等方面都会得到明显提高。相比之下，下列一些内容不宜选择采用数控加工：（1）占机调整时间长。如以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准，需用专用工装协调的内容；（2）加工部位分散，需要多次安装、设置原点。这时，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排通用机床补加工；（3）按某些特定的制造依据（如样板等）加工的型面轮廓。主要原因是获取数据困难，易于与检验依据发生矛盾，增加了程序编制的难度。此外，在选择和决定加工内容时，也要考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等等。总之，要尽量做到合理，达到多、快、好、省的目的。要防止把数控机床降格为通用机床使用。通过以上分析 选定数控机床为 本零件的加工制造的实用机床，可以达到本零件的要求，本零件不是回旋体零件，不适合数控车床加工，为方形复杂零件适合数控铣床来加工，所以选择数控铣床。并且零件尺寸不大，在经济性的原则下可以选择行程较小的铣床。122.3.2 夹具的选择该零件结构简单，四个侧面较光整加工面与不加工面之间的位置精度要求不高，但为了保证零件的其他精度要求，故形状精度要求较高由机床保证，位置精度要保证好只能在一次装夹中完成，采用精密平口钳（图 2.1）从侧面夹紧，以底面和两侧面定位（图2.2） 。图 2.1 精密平口钳图 2.2 夹紧方式本零件使用精密平口钳，夹持工件左右端面，下面使用登高垫铁支撑，防止在加工过程中，切削力过大，工件移动或掉落。使用13登高垫铁，应把等高垫铁擦干，保持放置面没有杂物。这样才能保证零件加工精度。2.3.3 量具的使用表在数控铣削加工工件中，为了确保工件的尺寸精度，必须选择正确的测量工具，量具种类很多，但不同的工件采用不同的量具作为测量工具。采用千分尺和游标卡尺及直尺作为测量工件的量具。由于游标卡尺是一种通用量具使用方便的特点。对一般精度高的零件选用千分尺。如表 2.3 所示。表 2.3 量具表名称 规格 分度值 用途游标卡尺 0-150mm 0.02mm 主要用于测量内、外尺寸和深度等千分尺 0-150mm 0.001mm 用于外径、长度测量工具内径千分尺 10-50mm 0.001mm 用于内径测量工具直尺 0-150mm 0.02mm 用来测量毛坯等的长度143 工艺参数选择3.1 切削用量的选择原则粗加工时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度。选择切削用量时应首先选取尽可能大的背吃刀量 ap，其次根据机床动力和刚性的限制条件，选取尽可能大的进给量 f，最后根据刀具耐用度要求，确定合适的切削速度 vc。增大背吃刀量 ap 可使走刀次数减少，增大进给量 f 有利于断屑。 精加工时，对加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且较均匀。选择精车的切削用量时，应着重考虑如何保证加工质量，并在此基础土尽量提高生产率。因此，精车时应选用较小（但不能太小）的背吃刀量和进给量，并选用性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度。 3.2 切削用量的选择切削用量的合理选择直接影响到零件的表面质量以及加工效率，因此切削用量的选择是数控加工工艺编制过程中不可缺少的一部分，根据经验及查表确定该零件在数控加工过程中的切削用量如表 4.2所示。表 3.2 数控加工切削用量表加工表面刀具直径主轴转速（r/min）背吃刀量（mm）进给速度（mm/min）15铣平面 50 800 0.5 120钻中心钻 3 1500 1 50钻孔 11.8 1000 1 70铰孔 12 1200 0.2 50粗加工铣削内外轮廓 14 1800 1 400精加工铣削内外轮廓 14 2000 0.5 3003.3 机床实际参数机床在选择时，一般可按下列顺序考虑：（1）通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容； （2）通用机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容；（3）通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。本零件选用 XD-40A 型数控铣床，采用 FANUC0i-MB 系统。该铣床的功能参数如表 3.3 下。表 3.3 XD-40A 型数控铣床基本参数机床重 4400Kg最大载重 500kg1000mm 长工作台600mm 宽X800mmY520mm坐标范围Z520mm轴承锥孔 NO.40(7:24)16最大钻孔直径 32最大镗孔直径 100主轴最高转速 6500rmin主轴功率 7.5/11kwX、Y、Z 向切削进给速度 0-10000 mmminX24 mminY24 mmin快速进给速度Z20 mmin工作电源 380V174 加工工艺文件制定4.1 刀具卡表 4.1 数控加工刀具卡片产品名称或代号 零件名称 零件图号 1刀具参数序号刀具号刀具名称及规格 刀尖半径刀具半径刀具用处1 T01 50 盘刀 0.8 25 铣平面2 T02 3 中心钻 0 1.5 钻中心钻3 T0311.8 麻花钻 0 5.9钻孔4 T04 12 铰刀 0 6 铰孔5 T06 14 立铣刀 0 7 加工内外轮廓编制审核 批准 共 1 页第 1 页184.2 机械加工工艺过程卡表 4.2 数控加工工艺过程卡产品名称 零件名 称 零件图 号 材料 毛坯规格机械加工工艺过程卡1 45 钢105X105X25mm工序号工序名称工序简要内容 设备 工艺装备 工时10 下料 毛坯下料 锯床20 铣 铣平面数控铣床50 盘刀、游标卡尺30 钻 钻中心钻数控铣床3 中心钻、游标卡尺40 钻 钻孔数控铣床11.8 麻花钻、游标卡尺50 铰 铰孔数控铣床12 铰刀、游标卡尺60 铣粗加工铣削内外轮廓数控铣床14 立铣刀、游标卡尺70 铣精加工铣削内外轮廓数控铣床14 立铣刀、千分尺80去毛刺 锉刀90 终检 游标卡尺、千分尺编制 审核 批准 共 1页 第 1 页194.3 机械加工工序卡表 4.3 数控加工工序卡片机械加工工序卡片 零件图号 1零件名称 工序号 10工序名称材料 45 钢数量设备型号 XD-40A夹 具 平口钳量具 游标卡尺、千分尺切削液 乳化液第 1 页 共 页主轴转速进给量切削深度进给次数工步号工步内容 工艺装备r/min mm/r mm1 钻中心钻 3 中心钻、游 标卡尺 1500 50 1编制 校对 批准20机械加工工序卡片 零件图号 1零件名称 工序号 20工序名称材料 45 钢数量设备型号 XD-40A夹 具 平口钳量具 游标卡尺、千分尺切削液 乳化液第 页 共 页主轴转速进给量切削深度进给次数工步号工步内容 工艺装备r/min mm/r mm1 钻孔 11.8 麻花钻、游标卡尺 1000 70 1编制 校对 批准21机械加工工序卡片 零件图号 1零件名称 工序号 30工序名称材料 45 钢数量设备型号 XD-40A夹 具 平口钳量具 游标卡尺、千分尺切削液 乳化液第 页 共 页主轴转速进给量切削深度进给次数工步号工步内容 工艺装备r/min mm/r mm1 铰孔 12 铰刀、千分尺 1200 50 1编制 校对 批准22机械加工工序卡片 零件图号 1零件名称 工序号 40工序名称材料 45 钢数量设备型号 XD-40A夹 具 平口钳量具 游标卡尺、千分尺切削液 乳化液第 页 共 页主轴转速 进给量 切削深度 进给次数工步号工步内容 工艺装备r/min mm/r mm1 粗加工铣削内外轮廓 14 立铣刀、游标卡尺 1800 400 1编制 校对 批准23机械加工工序卡片 零件图号 1零件名称 工序号 50工序名称材料 45 钢数量设备型号夹 具量具 游标卡尺、千分尺切削液 乳化液第 页 共 页主轴转速 进给量 切削深度 进给次数工步号工步内容 工艺装备r/min mm/r mm1 精加工铣削内外轮廓 14 立铣刀、千分 尺 200 300 0.5编制 校对 批准245 加工程序编制5.1 数控编程的分类数控编程主要分为手工编程与自动编程。（1）手工编程 整个程序的编制过程是由人工完成的。这要求编程人员不仅要熟悉数控代码及编程规则，而且还必须具备有机械加工工艺知识和数值计算能力。对于点位加工或几何形状不太复杂的零件，数控编程计算较简单，程序段不多，手工编程即可实现。（2）自动编程 用计算机把人们输入的零件图纸信息改写成数控机床能执行的数控加工程序，就是说数控编程的大部分工作有计算机来实现。5.2 数控编程UG 是一种功能强大的软件，在本零件的造型中我们用到的是 UG 的建模和加工模块。注意对刀时，刀具找正毛坯中心后，要按该坐标值设定毛坯中心。然后进入 UG 加工模块如图 6.1，首先设定加工坐标系、工件加工的安全平面，对工件进行加工。25图5.1UG加工模块在加工中我们一般用到的加工方法有四种：mill planar（一般平面铣） 、mill contour（型腔铣） 、fixed contour（固定轴铣）、drill（钻、镗孔） 。在该零件的加工中，我们主要用到型腔铣的加工方法。对毛坯，刀具，加工参数，走刀路线等进行设定后，得到如下刀路图。以下为不会加工刀路图 6.2。26图 5.2 钻孔刀路图图 5.3 粗加工刀路图图 5.4 精加工刀路图先对零件进行粗加工,去除大量的表面,减少加工时间,留有余量,进行精加工,达到图纸要求。6.3 后处理27先在操作导航器中选中各铣削图标，然后在“加工操作”工具条中单击“后处理”按钮，在“后处理”对话框中，后处理选择“MILL-3-AXIS”，单位选择“公制/部件” ，单击“确定”后，系统就会生成型腔铣操作的 NC 加工代码。例如，图 5.5。详细加工程序见附件加工程序图 5.5 后处理的选择28总结通过本次毕业设计，使我对数控加工以及零件的机械加工工艺路线认识更深了一成，同时也使我们认识到我们所学的知识不足以及团队合作力量的伟大。经过这这个学期的学习和该次毕业设计，我基本完成了设计任务。我在该次毕业设计中遇到了很多困难，比如我在学习软件编程时我就花了很多时间、在做该零件的加工路线中有很多我不懂的地方，我通过询问老师、同学，翻阅资料书、上网等方式把问题解决了。此次毕业设计综合运用了我之前所掌握的知识，如机械制图、机械制造技术、金属工艺学、数控技术及应用等。本次毕业设计的重点在于零件的结构工艺分析，机床的选择，加工方案及顺序的拟定和切削用量等等参数的选择，尤为突出的是数控程序的编制，程序的正确与否是由数控模拟仿真进行校验的，在本次设计中我成功的将模拟仿真完成，证明了我所编制的程序，其中也许会有些错误但是整体来说还是正确的。本次毕业设计的工作量尽管非常大，我还是如期的完成了，此次的所学知识都将是我在以后的工作中的一笔宝贵的财富。29致谢这次毕业设计的完成，首先要感谢我的指导教师，在毕业设计零件数控加工及其说明书编制过程中，给予了精心的指导，并讲解了各项专业要领，提出了宝贵的专业意见。还要感谢曾经的各位任课教师，是他们让我学到了很多知识才使我的毕业设计能够按期完成，感谢学校给予的支持和帮助，感谢同学们的无私帮助。在做毕业设计的时候，有很多不懂的，或者说不精通的把，没办法，只能去图书馆一些一些的自己找相关书籍，把一些理论上的东西有重新复习了边，从而让自己做毕业设计的时候有思路，虽然到最后自己的毕业设计不是很好，但是我花了时间、精力去完成这篇论文。在此，在此由衷的感谢我的辅导老师对我的帮助和辅导，谢谢你不耐其烦的帮我讲解了一些东西，谢谢！ 再次表示衷心的感谢！同时，希望各位老师、读者对此文的不足给予指导并提出宝贵的意见和建议。30参考文献1.切削用量简明实用手册 黄如林主编 化学工业出版社 2.机械设计综合课程设计 王之标、王大康主编 机械工业出版社 3.机床制造工艺设计手册 王绍俊主编 机械工业出版社 4.金属切削机床 宋玉鸣主编 中国劳动社会保障出版社 5.机械制造工艺学课程设计指导赵家齐编 机械工业出版社 6.简明机械加工工艺手册徐圣群主编 上海科学技术出版社 7.机械加工工艺师手册杨叔子主编 机械工业出版社8.机械设计基础课程设计指导书 陈立德主编 高等教育出版社 9. 黄成编著 UG NX6.0 模具设计与加工 北京希望电子出版社 200910.王泽鹏等编著 UG NX6.0 中文版数控加工 机械工业出版社 200911.张瑞萍等编著 UG NX6.0 中文版标准教程 北京清华大学出版200912.胡任喜.UG NX6.0 中文版从入门到精通 北京清华大学出版社20093113.UG 中文版实用教程 关振宇 刘源 主编 人民邮电出版社14.UGNX6.0 应用与实力教程 周玮 主编 人民邮电出版社